DE3215323C2

DE3215323C2 -

Info

Publication number: DE3215323C2
Application number: DE19823215323
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bischoff; Kurt Joeckel; Wilhelm 2390 Flensburg De Jacobsen; Fred Padborg Dk Scott
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1982-01-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1990-09-20
Also published as: DE3215323A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on an antenna arrangement according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der GB 16 01 441 bekannt. Diese besteht aus einem plattenförmigen ebenen Substrat aus einem di elektrischen Material, z. B. Keramik, auf dessen einer Hauptflä che zwei elektrisch voneinander isolierte Metallflächen aufge bracht sind. Diese bilden eine Schlitzleitung und sind symmetrisch zur Längsachse des Schlitzes angeordnet, wobei der Schlitz an einem Ende, dem Speisepunkt, eine kleinere Breite besitzt als an dem davon abgewandten Ende. Die Breite des Schlitzes erwei tert sich stetig, z. B. gemäß einer Exponentialfunktion. Mit einer derartigen Anordnung ist eine Breitbandigkeit (Verhält nis der oberen Frequenzgrenze zur unteren Frequenzgrenze) von un gefähr 6 erreichbar. Such an arrangement is known from GB 16 01 441. These consists of a plate-shaped flat substrate from a di electrical material, e.g. B. ceramics, on one of its main surfaces surface of two electrically insulated metal surfaces are brought. These form a slotted line and are symmetrical arranged to the longitudinal axis of the slot, the slot on one end, the feed point, has a smaller width than at the opposite end. Extend the width of the slot is steadily increasing, e.g. B. according to an exponential function. With such an arrangement, a broadband (ratio of the upper frequency limit to the lower frequency limit) of un dangerous 6 reachable.

Aus der US 38 36 976 ist eine breitbandige Phased-Array-An tenne bekannt, die aus Paaren von zueinander senkrecht angeord neten Strahlungselementen besteht. Jedes Strahlungselement be steht aus einem plattenförmigen dielektrischen Substrat, auf dem einseitig zwei Metallflächen, die einen sich erweiternden Schlitz bilden, angeordnet sind. Der Schlitz ist stufenförmig ausgebildet. Senkrecht zu den Paaren ist eine weitere Metall platte angeordnet.From US 38 36 976 a broadband phased array is tenne known, which consists of pairs of mutually perpendicular Neten radiation elements. Each radiation element be stands out of a plate-shaped dielectric substrate two metal surfaces on one side, one expanding Form slot, are arranged. The slot is step-shaped educated. Perpendicular to the pairs is another metal plate arranged.

Mit einer solchen Antenne ist eine Breitbandigkeit von ungefähr 2 erreichbar.With such an antenna, a broadband range of approximately 2 reachable.

Aus der DE-AS 11 01 535 ist eine Antenne bekannt für die Be reiche der Lang-, Mittel- und Kurzwellen. Es handelt sich da bei um eine Breitband-Richtstrahlantenne aus zwei symmetrisch angeordneten Schenkeln, die als leitende Flächen variabler Breite ausgebildet sind, deren Ebenen, die zueinander geneigt sind, senkrecht zu der durch die Eingangsklemmen gehenden An tennenebene steht und in Richtung zum offenen Antennenende nach außen abgeknickt sind; dabei sind die Antennenschenkel gekrümm te Flächen.From DE-AS 11 01 535 an antenna is known for the Be range of long, medium and short waves. It's about at around a broadband directional antenna made of two symmetrical arranged legs, which are more variable as conductive surfaces Width are formed, their levels are inclined to each other are perpendicular to the An going through the input terminals is level and towards the open antenna end are kinked on the outside; the antenna legs are curved surfaces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, eine gattungsgemäße Antennenanordnung, die für den Dezimeter-, Zentimeter- und/oder Millimeterwellenbereich geeignet ist, dahingehend zu verbessern, daß eine wesentlich größere Breitbandigkeit (Verhältnis der obe ren Bandgrenze zu der unteren Bandgrenze) erreichbar ist und daß eine einfache Herstellung möglich ist.The invention has for its object a generic Antenna arrangement for the decimeter, centimeter and / or Millimeter wave range is suitable to improve in that that a much greater broadband (ratio of the above ren band limit to the lower band limit) can be reached and that simple manufacture is possible.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antennenanordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestal tungen und/oder Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an gegeben. This object is achieved according to the invention in a generic antenna arrangement by the in the characterizing part of Features specified claim 1 solved. Advantageous design tings and / or further training are in the subclaims given.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine mechanisch kompakte und robuste Anordnung möglich ist, mit welcher sich eine gute Unterdrückung von Nebenzipfeln erreichen läßt.An advantage of the invention is that it is mechanical compact and robust arrangement is possible with which can achieve a good suppression of side lobes.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.Preferred embodiments are illustrated in the drawings described the invention in more detail.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels, Fig. 1 is a perspective schematic diagram showing a first embodiment,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines ergänzten Ausführungsbei spiels und Fig. 2 is a front view of a complementary game Ausführungsbei and

Fig. 3 einen zugehörigen Längsschnitt entlang der Linie A-B. Fig. 3 shows an associated longitudinal section along the line AB .

Fig. 4 stellt einen modifizierten Schnitt entsprechend Fig. 3 dar und Fig. 4 shows a modified section corresponding to Fig. 3 and

Fig. 5 eine zugehörige Ansicht X. Fig. 5 is a view corresponding X.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Aus führungsbeispiels. Fig. 6 shows a perspective view of another exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt ein plattenförmiges Substrat 1 aus einem Träger material, das eine relative Dielektrizitätskonstante von mehr als eins aufweist. Die damit hergestellte Antenne wird an einem Ende gespeist über ein Symmetrierglied 2 zum Übergang von einer nicht gezeigten, unsymmetrischen Koaxialleitung auf die symme trisch gestaltete Antenne. Das Symmetrierglied 2 weist dazu einen Innenleiter 3 und einen Außenleiter 4 auf. Das Substrat 1 ist auf der Vorderseite (erste Hauptfläche) und Rückseite (zweite Hauptfläche) teilweise mit flächigen Leitern 5, 6 versehen, beispielsweise beschichtet. Es sind symmetrisch zu einer x/y-Ebene, die durch die Hauptstrahlungsrichtung x verläuft, einerseits zwei Leiter 5 und andererseits zwei Leiter 6 vorgesehen. Lediglich an der Speisestelle sind jeweils die beiden Leiter 5 und die beiden Leiter 6 untereinander leitend verbunden durch Brücken 7, welche die ganze Höhe 8 jeweils eines Leiters einnehmen. Die Leiterränder sind mit 5 a, 6 a, 5 b und 6 b bezeichnet. Der Abstand beispielsweise zwischen den Leiterrändern 5 b und 6 b in einer Richtung z eines rechtwinkligen Koordinatenkreuzes x, y, z folgt einem exponentiellen Gesetz in Abhängigkeit von der Unabhängigen x, die ihren Nullpunkt in der Ebene der Brücke 7 hat. Fig. 1 shows a plate-shaped substrate 1 made of a carrier material which has a relative dielectric constant of more than one. The antenna thus produced is fed at one end via a balun 2 for the transition from an unsymmetrical coaxial line, not shown, to the symmetrically designed antenna. For this purpose, the balun 2 has an inner conductor 3 and an outer conductor 4 . The substrate 1 is partially provided with flat conductors 5, 6 , for example coated, on the front side (first main surface) and rear side (second main surface). On the one hand two conductors 5 and on the other hand two conductors 6 are provided symmetrically to an x / y plane which extends through the main radiation direction x . Only at the dining point are the two conductors 5 and the two conductors 6 conductively connected to one another by bridges 7 , which each occupy the entire height 8 of one conductor. The conductor edges are labeled 5 a , 6 a , 5 b and 6 b . The distance, for example, between the conductor edges 5 b and 6 b in a direction z of a right-angled coordinate system x, y, z follows an exponential law depending on the independent x , which has its zero point in the plane of the bridge 7 .

Statt der bezüglich der x/y-Ebene symmetrischen Anordnung ist auch eine unsymmetrische möglich, wobei dann in der x/y-Ebene ein elektrisch leitendes Gegengewicht liegt.Instead of the arrangement which is symmetrical with respect to the x / y plane, an asymmetrical arrangement is also possible, in which case an electrically conductive counterweight lies in the x / y plane.

Die gezeigte Antenne bildet eine Art Horn-Antenne, die leicht in Stripline-Technik herstellbar ist und bei breit bandiger Anpassung beispielsweise für einen Frequenzbe reich von 0,3 bis 40 GHz geeignet ist. Obwohl sich bereits ohne zusätzliche Mittel eine gute Unterdrückung von Neben zipfeln ergibt, kann diese Unterdrückung noch verbessert werden durch die Anwendung eines Absorbertopfes.The antenna shown forms a kind of horn antenna that is easy to manufacture using stripline technology and wide band adjustment for example for a frequency range from 0.3 to 40 GHz is suitable. Although already a good suppression of secondary without additional means If this results in suppression, this suppression can be improved by using an absorber pot.

Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Beispiel in Vorderansicht mit Bezugszeichen entsprechend Fig. 1. Ein hohler kreis zylindrischer Topf 9 weist auf seinen Innenwandungen Absorptionsmaterial 10 auf. FIG. 2 shows a corresponding example in front view with reference numerals corresponding to FIG. 1. A hollow circular cylindrical pot 9 has absorption material 10 on its inner walls.

Wie aus dem Schnitt A-B in Fig. 3 ersichtlich ist, kann auch um das Symmetrierglied 2 mit seinem Koaxialanschluß 11 herum ein zusätzlicher Absorbertopf 12 mit Absorptions material 13 vorgesehen sein. As can be seen from the section AB in Fig. 3, an additional absorber pot 12 with absorption material 13 can also be provided around the balun 2 with its coaxial connection 11 .

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entsprechend Fig. 3 mit entsprechenden Bezugszeichen. Wesentlicher Unterschied dabei ist, daß als Symmetrierglied 2 eine gebogene Leitung 14 verwendet ist, um Raum zu sparen. Sie ist umgeben von Absorptionsmaterial 15 und einem Gehäuse 16. Fig. 4 shows a further embodiment in a section corresponding to Fig. 3 with corresponding reference numerals. The main difference is that a curved line 14 is used as the balancing element 2 in order to save space. It is surrounded by absorption material 15 and a housing 16 .

Fig. 5 zeigt eine Ansicht X zu Fig. 4, wobei das Symme trierglied 2 durchscheinend gezeichnet ist. Daraus ergeben sich weitere konstruktive Einzelheiten von selbst. Diese Antenne, die ungefähr im Maßstab 1 : 1 gezeigt ist, eignet sich für den Frequenzbereich von 1 bis 26 GHz. Als Träger material für das Substrat 1 ist beispielsweise ein Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2,3 geeignet. Die Leiter 5 und 6 können als Kupferschicht mit einer Dicke von 35 µm auf das Substrat 1 aufgebracht werden, das selbst beispielsweise ungefähr 1,6 mm dick sein kann. Fig. 5 shows a view X to Fig. 4, wherein the symmetry member 2 is shown translucent. This results in further structural details of its own accord. This antenna, which is shown approximately on a scale of 1: 1, is suitable for the frequency range from 1 to 26 GHz. A material with a relative dielectric constant of approximately 2.3 is suitable, for example, as the carrier material for the substrate 1 . The conductors 5 and 6 can be applied as a copper layer with a thickness of 35 μm to the substrate 1 , which can itself be approximately 1.6 mm thick, for example.

Mit einer solchen Antenne können Bandbreiten von 100 : 1 und mehr erreicht werden. Da die obere und untere Fre quenzgrenze unabhängig voneinander sind, ist die Band breite nur von der Feinheit der Ausbildung des Speise punktes und von der größten Abmessung der Öffnung des Hornes, also dem größten Abstand beispielsweise zwischen den Leitern 5 b und 6 b abhängig.With such an antenna, bandwidths of 100: 1 and more can be achieved. Since the upper and lower frequency limits are independent of one another, the bandwidth is only dependent on the fineness of the formation of the feed point and on the largest dimension of the opening of the horn, that is to say the greatest distance, for example between the conductors 5 b and 6 b .

Den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Kombination aus zwei der beschriebenen Einzel-Antennen zeigt Fig. 6. Sie besteht aus einer Antenne 17 (mit Bezugs zeichen entsprechend Fig. 1) für vertikale Polarisation und einer identisch aufgebauten Antenne 18 (mit einem Apostroph hinter sonst gleichem Bezugszeichen) für horizontale Polarisation. The basic structure of an embodiment of a combination of two of the individual antennas described is shown in FIG. 6. It consists of an antenna 17 (with reference characters corresponding to FIG. 1) for vertical polarization and an identically constructed antenna 18 (with an apostrophe behind the same thing) Reference numerals) for horizontal polarization.

Das dielektrische Trägermaterial jeder Antenne (z. B. RT-Duroid) trägt beidseitig je eine Metallisierung als Leiter 6 bzw. 6′ für den Anschluß des Innenleiters und als Leiter 5 bzw. 5′ für den Anschluß des Außenleiters. Zu sammengehörige Paare von beidseitigen Metallisierungen sind jeweils durch metallische Brücken 7 bzw. 7′ mit einander verbunden.The dielectric substrate of each antenna (z. B. RT-Duroid) carries a metallization on both sides as a conductor 6 or 6 ' for the connection of the inner conductor and as a conductor 5 or 5' for the connection of the outer conductor. To related pairs of bilateral metallizations are each connected by metallic bridges 7 and 7 ' with each other.

Dieser Aufbau zeichnet sich durch seine Symmetrie aus (im Gegensatz zu bekannten einseitig metallisierten Slot- Line-Antennen) und ergibt auf diese Weise sehr gute Ent kopplungen zwischen der vertikal und horizontal polari sierten Antenne 17 bzw. 18.This structure is characterized by its symmetry (in contrast to known single-sided metallized slot line antennas) and in this way results in very good decouplings between the vertically and horizontally polarized antennas 17 and 18 .

Die minimale Schlitzweite wird durch die Dicke der dielektrischen Substrate 1 bzw. 1′ bestimmt und legt auf diese Weise die maximale obere Grenzfrequenz der Antennen fest. Die untere Grenzfrequenz wird durch die maximalen Aperturflächen bestimmt. Die Ankopplung dieser kreuz polarisierten Slot-Line-Antennenkombination an eine Koaxialleitung erfolgt mit einem Symmetrierglied je Antenne. Realisierbar sind Antennenkombinationen, die den gesamten Frequenzbereich von 1 bis 40 GHz abdecken.The minimum slot width is determined by the thickness of the dielectric substrates 1 and 1 ' and in this way defines the maximum upper limit frequency of the antennas. The lower limit frequency is determined by the maximum aperture areas. This cross-polarized slot-line antenna combination is coupled to a coaxial line with one balun per antenna. Antenna combinations that cover the entire frequency range from 1 to 40 GHz can be implemented.

Zur Verbesserung der Richtstrahlcharakteristik der An tennenkombination kann auch diese, wie die Ausführungsbei spiele nach den Fig. 2 bis 5, in einem Antennengehäuse untergebracht werden, dessen Innenwände mit Mikrowellen- Absorptionsmaterial ausgekleidet sind. Dadurch werden unerwünschte Nebenzipfel in der Richtstrahlcharakteristik stark reduziert.To improve the directional beam characteristic of the antenna combination, these can also be accommodated in an antenna housing, the inner walls of which are lined with microwave absorption material, like the exemplary embodiments according to FIGS. 2 to 5. As a result, undesired secondary lobes in the directional beam characteristic are greatly reduced.

Claims

1. Antenna arrangement with at least one slot conductor structure in micro strip line technology, consisting of

at least one plate-shaped flat substrate made of dielectric material, with a first and second main surface,
- Two planar, metallic conductors, which are arranged electrically insulated from one another on the first main surface of the substrate and whose mutually facing conductor edges form a slot conductor structure with a slot width that increases along the main beam direction in accordance with an exponential law and
a balun, which is then attached to the narrowest point of the slot conductor structure and which enables an electrical adaptation of the slot conductor structure to a feed line,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That on the second main surface of the substrate ( 1 ) a further, identical table with that formed on the first main surface slot conductor structure is arranged congruently, and
- That the respective conductors ( 5, 6 ) of the slot conductor structures, which are electrically separated from one another by the substrate, on the substrate side on which the balun ( 2 ) is located, by bridges ( 7 ), which cover the entire height ( 8 ) the Lei ter ( 5, 6 ) take, are electrically connected to each other.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the substrate ( 1 ) with the conductors thereon ( 5, 6, 7 ) and the balancing element ( 2 ) thereon in a circular cylindrical pot ( 9 ) which sorption material on its inner walls ( 10 ), is arranged, and that the opening of the pot ( 9 ) points in the main beam direction (x) ( Fig. 2, 3).

3. Antenna arrangement according to claim 1 or claim 2, characterized in that the balun ( 2 ) is arcuate towards the main beam direction (x) out ( Fig. 4, 5).

4. Antenna arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least two substrates ( 1, 1 ' ) with the conductors located thereon ( 5, 6, 7, 5', 6 ', 7' ) are arranged in a rotated manner in relation to one another and form at least two individual antennas with a common main beam direction (x) and that the substrates ( 1, 1 ' ) are aligned mechanically offset in the main beam direction (x) .

5. Antenna arrangement according to claim 4, characterized in that an angle of approximately 90 ° is formed between the substrates ( 1, 1 ' ).

6. Antenna arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the individual antennas are fed at an average operating frequency Be with an electrical phase offset which corresponds to the geometric angle between the substrates ( 1, 1 ' ).